【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 影響鍋爐主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度。對(duì)已投產(chǎn)的電站鍋爐加裝 SCR 裝置，此方案將改變鍋爐的整體包覆、鋼架、門(mén)孔布置等。另外，鍋爐在低負(fù)荷時(shí)NOx 濃度相對(duì)較低， SCR 裝置在低負(fù)荷時(shí)可以停運(yùn)不噴氨，僅作為 20 煙道使用，因此，對(duì)于低負(fù)荷年運(yùn)行小時(shí)很低的燃煤電站，可不用設(shè)置省煤器煙氣調(diào)溫旁路 [4]。 吹灰系統(tǒng) 我國(guó)燃煤電廠的煙氣中灰分普遍較高，實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)地飛灰積聚現(xiàn)象十分普遍，有的嚴(yán)重影響了 SCR 系統(tǒng)催化劑活性和壽命，所以必須在 SCR 反應(yīng)器中安裝吹灰器。目前較多應(yīng)用的是 蒸汽和聲波兩種吹灰技術(shù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，聲波吹灰器的采購(gòu)和系統(tǒng)安裝費(fèi)用較低。 聲波吹灰器通過(guò)發(fā)射低頻、高能聲波，在吹掃過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)力，清除設(shè)備積灰。聲波吹灰系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于機(jī)組和脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。因此 ,無(wú)論是否噴氨 ,只要鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行 ,就應(yīng)該將聲波吹灰系統(tǒng)順控投入運(yùn)行；當(dāng)鍋爐需要檢修時(shí) ,要在引風(fēng)機(jī)停運(yùn)后再停運(yùn)聲波吹灰系統(tǒng)；聲波吹灰系統(tǒng)在每一個(gè)反應(yīng)器的每一層就地管路上都有一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥 ,應(yīng)該把壓縮空氣的壓力調(diào)整在 ；為了防止壓縮空氣中的水分腐蝕聲波吹灰器鼓膜 ,應(yīng)定期對(duì) 聲波吹灰器壓縮空氣緩沖罐進(jìn)行排污 [20]。 SCR 煙氣脫硝運(yùn)行方式 在 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)中， SCR 反應(yīng)器與還原制備區(qū) (即氨制備區(qū) )的聯(lián)系，在工藝上只有噴氨格柵的人口，在控制上只有脫硝控制系統(tǒng)的氨量需求信號(hào)。脫硝控制系統(tǒng)根據(jù)煙氣 NO 濃度、設(shè)計(jì)脫硝率和煙氣量的計(jì)算得出氨量需求信號(hào)對(duì)噴氨管道上的閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整合適的噴氨量。通常， SCR 煙氣脫硝的運(yùn)行操作包括正常的起動(dòng)、停止和自動(dòng)保護(hù)停止。 21 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的起動(dòng) 不設(shè)置旁路的 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)與鍋爐同時(shí)起動(dòng) ，起動(dòng)前在鍋爐預(yù)通風(fēng)階段使用空氣先加熱催化劑。 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)冷態(tài)起動(dòng)時(shí)，鍋爐處于冷態(tài)狀況，煙氣的最大升溫速率控制在 3～ 4℃ /min。同時(shí)，監(jiān)測(cè) SCR反應(yīng)器入口及出口的溫度，正常運(yùn)行時(shí)溫度差在 1O℃以下。當(dāng)催化劑溫度升到 310℃后，維持 10min，氨氣供給系統(tǒng)即開(kāi)始，通過(guò)噴氨格柵向 SCR 反應(yīng)器噴氨， SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行階段。反應(yīng)區(qū)溫度應(yīng)保持在 400℃ 以下。 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的停止 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的停止存在 3 種情況： （ 1） SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)正常停止運(yùn)行。在鍋 爐停運(yùn)前，應(yīng)先對(duì)催化灰操作。 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)在停爐前 10 min 開(kāi)始退出運(yùn)行 (即停止噴氨 )，即手動(dòng)將氨量需求信號(hào)值調(diào)整至 0。在制氨系統(tǒng)接收到氨量需求信號(hào)為 0 時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉氨氣噴入管線上的閥門(mén)，維持 10 min，即可進(jìn)行停爐操作。停爐后，在維持鍋爐負(fù)壓的情況下，采用引風(fēng)機(jī)吹掃SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)。如果催化劑層沒(méi)有預(yù)先進(jìn)行吹灰操作，就不能對(duì)其采用空氣吹掃。 （ 2）鍋爐跳閘后 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的停止。如果 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行中鍋爐跳閘，則氨量需求信號(hào)值自動(dòng)變?yōu)?0。制氨系統(tǒng)接到此信號(hào)后，自動(dòng)關(guān)閉氨管線上的閥門(mén) ：氨管線上閥門(mén)關(guān)閉直到下次系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，手動(dòng)將出口 NO 含量操作端設(shè)定在要求值后，此閥門(mén)再次自動(dòng)打開(kāi)。在鍋爐跳閘時(shí)， SCR 脫硝系統(tǒng)的手動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)必須 22 在鍋爐停止運(yùn)行后才能夠操作，這樣會(huì)有一些氨氣殘留在催化劑模塊中。此時(shí)，一般不采用吹灰程序來(lái)吹掃 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)，也不能采用空氣吹掃。在這個(gè)階段，禁止打開(kāi) SCR 反應(yīng)器上的人孔或觀測(cè)孔，以防止空氣進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器，導(dǎo)致催化劑模塊中的未完全燃盡顆粒燃燒，造成火災(zāi)。在催化劑溫度降到 150℃ 以前或降到 60～ 70℃以前，應(yīng)盡快恢復(fù)鍋爐運(yùn)行。 （ 3） SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的自 動(dòng)安全停止。當(dāng)煙氣溫度超過(guò) 420℃時(shí)，對(duì)催化劑模塊的損壞非常大，應(yīng)立即停止鍋爐運(yùn)行。在到達(dá) 420℃前，停止氨氣噴入 (超過(guò) 390℃時(shí) )，執(zhí)行自動(dòng)停止 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)來(lái)避免損害催化劑模塊；當(dāng)溫度降到 310℃以下，延時(shí) 10min，自動(dòng)停止 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)來(lái)避免損害催化劑模塊 [22]。 SCR 法脫硝工藝中的催化劑藝中的催化劑、還原劑的特性及選擇 催化劑特性及選擇使用 SCR 法脫硝工藝中的核心物質(zhì)是催化劑。其優(yōu)劣直接影響到煙氣脫硝的效率，其選取是根據(jù) SCR 反應(yīng)塔的布置、入 口煙溫、煙氣流速及 N0，濃度分布。以及設(shè)計(jì)脫硝效率、允許的氨逃逸率、允許的SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率與催化劑使用壽命保證值等因素確定的。根據(jù)催化劑的適用溫度范圍， SCR 工藝可分為高溫 (345～ 590℃ )、中溫 (260～450℃ )和低溫工藝 (150～ 280℃ )。目前最常用的是高溫氧化鈦基催化 劑（活性 TiO2，同時(shí)添加增強(qiáng)活性的 V205 金屬氧化物。若需進(jìn)一步增加活性時(shí)，還要添加 W03)，其中，催化劑的 V2O5 含量較高時(shí)其 23 活性也較高，脫硝效率高，但 V2O5 的含量較高時(shí)， SO2 向 SO3 轉(zhuǎn)化率也較高。因此，控制 V205 的 含量不能超過(guò) 2％，并添加適量的WO3 來(lái)抑制 SO2 向 S03 的轉(zhuǎn)化率 [8]。 目前。國(guó)內(nèi)外燃煤電站常使用的 SCR 催化劑結(jié)構(gòu)形式是平板式和蜂窩式，使用最多的是蜂窩式。平板式和蜂窩式催化劑通常制作成獨(dú)立的催化劑單元箱體。以丹麥托普素公司為例。單元箱體橫截面466mm 466 mm。長(zhǎng)度 250～ 500 mm，由幾個(gè)催化劑單元拼裝成標(biāo)準(zhǔn)化模塊結(jié)構(gòu)。便于運(yùn)輸、安裝和檢修維護(hù)。該公司對(duì)于高粉塵煙氣考慮到壓降、磨損，一般選取催化劑的水力直徑是 6 mm，比表面積是 400～ 500m2/m3。而對(duì)于低粉塵煙氣，水力直徑通常是 3mm，比表面積將增加到 700～ 900m2/m3，由于通過(guò)層流邊界層時(shí)槽路的水力直徑較小，抗分散性較小，催化劑活性與催化劑的比表面積比例非常一致。 SCR 裝置的運(yùn)行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命，其使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度。 SCR 反應(yīng)塔中的催化劑在運(yùn)行一段時(shí)間后，其表面活性都會(huì)有所降低，主要存在物理失活和化學(xué)失活 2 種類型，催化劑物理失活主要是指高溫?zé)Y(jié)、磨損和固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞；典型的 SCR 催化劑化學(xué)失活主要是堿金屬 (如 Na、 K、 Ca 等 )和重金屬 (如 As、 Pt、 Pb 等 )引起的 催化劑中毒。 根據(jù)設(shè)計(jì)的脫硝效率，在 SCR 反應(yīng)塔中設(shè)置有 3～ 4 層催化劑安裝空間，一般初次布置 3 層催化劑，預(yù)留 1層布置空間，可延長(zhǎng)催化 24 劑更換周期，節(jié)省 25％的需要更換的催化劑體積用量，但會(huì)增加煙道阻力，一般催化劑的活性周期為 2～ 3 年，與工作環(huán)境有關(guān)。對(duì)于廢催化劑進(jìn)行再生處理后，活性效果可接近新催化劑，處理費(fèi)用約為新催化劑的 45％。 還原劑的特性及選擇使用 SCR 法脫硝系統(tǒng)以氨作為還原劑，既可是帶壓的無(wú)水液氨。也可是常壓下的氨水溶液 (通常重量濃度為 25％ )，此外還可能是尿素水溶液 (通常重量濃度為 45％ )，燃煤電站通常使用液氨。由于液氨在常溫20℃下，罐內(nèi)的壓力為 1 MPa，具有一定的危險(xiǎn)性及安全隱患。液氨的運(yùn)輸與卸載等處理有非常嚴(yán)格的規(guī)程與規(guī)定，在國(guó)外很多電站僅允許使用鐵路運(yùn)輸。采用氨水作為還原劑，雖然運(yùn)輸、儲(chǔ)存方便，但需要另增設(shè)備和熱能，并需要特殊的噴嘴，綜合經(jīng)濟(jì)性差，但根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，從安全角度來(lái)講，氨水也正越來(lái)越多地被使用。在海運(yùn)上，通常使用尿素水溶液作為 還原劑。注入尿素后，在熱煙氣中分解為氨，反應(yīng)式為： 選擇還原劑對(duì)運(yùn)行成本有重要影響，表 21 是一次供應(yīng)約 5t 時(shí)， 3種還原劑的 典型價(jià)格。 25 對(duì)大型燃煤電廠需求量很大時(shí)，無(wú)水液氨和氨水價(jià)格還能降低近50％。 1 座 250MW、 NOx 水平在 300 ppm的燃煤鍋爐，安裝 SCR 后，每年的液氨增加成本費(fèi)用約為 400 萬(wàn)元人民幣，相當(dāng)于 分／ (kW?h)。 氨在噴入煙氣前需利用熱源加熱 ,并從送風(fēng)機(jī)出口引出 1支冷風(fēng)管來(lái)稀釋氨氣 ,將氣化后的氨氣與空氣在噴氨系統(tǒng)前的混合罐中充分混合 ,形成濃度均勻的混合物 ,通過(guò)網(wǎng)格型噴氨 隔柵上的多組噴嘴 ,把氨與空氣混合物均勻地噴射到煙氣中去，并采用多組手動(dòng)閥門(mén)集中布置構(gòu)成閥門(mén)站 ,來(lái)控制調(diào)節(jié)各噴嘴的噴氨量，噴氨量 NH3 的多少與煙氣中 NOx 的含量有關(guān) ,福建漳州后石電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值為摩爾比 1： 1。 SCR 法脫硝工藝設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) SCR 反應(yīng)塔入口煙道的設(shè)計(jì)要求 從外部環(huán)境考慮，燃煤電站 SCR法脫硝效率與鍋爐尾部外形設(shè)計(jì)、燃用煤種、燃燒布置方式、及鍋爐運(yùn)行工況等密切相關(guān)。而從內(nèi)部環(huán)境考慮，脫硝效率的高低取決于反應(yīng)塔人口煙氣速度、煙氣中 NH3與 NOx 混 合物在催化劑截面上的濃度均勻分布、入口煙氣溫度分布、煙氣混合物在催化劑中的停留時(shí)間等。 為達(dá)到以上要求，國(guó)外各脫硝公司除了對(duì)反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行 CFD 模擬，使阻力盡量小、催化劑槽路的尺寸 (水力直徑 )要適中外，盡量?jī)?yōu)化反應(yīng)塔入口煙道設(shè)計(jì)，減少異型件使用，避免煙氣在煙道中產(chǎn)生渦流、激蕩，影響混合物的均勻度。丹麥托普索公司在這方面的設(shè)計(jì)已很成熟，在 90? 彎道區(qū)采用導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的位置和設(shè) 26 計(jì)是基于 1： 10 比例的流量模型測(cè)試而定的，并設(shè)計(jì)成垂向立式結(jié)構(gòu)，數(shù)塊導(dǎo)向板布置成不等距結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)闊煔庠趶澋捞帉a(chǎn)生嚴(yán) 重的不穩(wěn)定、不等量過(guò)流，在彎煙道內(nèi)壁附近易形成層渦流，依據(jù)理論和軟件模擬計(jì)算把導(dǎo)流板在彎道處不等距布置，可明顯減小渦流作用。建議在距省煤器出口的彎頭導(dǎo)流板約 2m 的地方設(shè)置噴氨隔柵，有利于混合均勻；飛灰整流器安裝在最上層催化劑上方，這些設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用予丹麥哥本哈根的 Avedore 電廠等多家電廠，經(jīng)后期調(diào)研，運(yùn)行良好 [8]。 氨逸出量及對(duì)反應(yīng)塔下游設(shè)備的影響 加氨量是由 PLC 控制，根據(jù) SCR 前 NOx 數(shù)值和規(guī)定的 NOx排放值進(jìn)行比較，用反饋信號(hào)來(lái)修正噴氨量?，F(xiàn)場(chǎng)很難精確測(cè)定 NH3 逃逸量， 不能用 NH3 逃逸量作為反饋信號(hào)來(lái)控制噴氨量。丹麥托普索公司從工業(yè)試驗(yàn)中得到數(shù)據(jù)，僅靠提高幾個(gè)百分點(diǎn)的 NH3/N0x 摩爾比，催化劑體積就可減少約 30％，也能達(dá)到同樣的 N0x 降低率。氨逸出會(huì)污染靜電除塵器中的飛塵質(zhì)量，使 FGD 廢水及空預(yù)器清洗水中氨含量增大，生成硫酸氨鹽類，造成催化劑與空預(yù)器堵塞、磨損、腐蝕等。硫酸氨鹽的生成量與 S03 濃度有直接關(guān)系， SO3的生成量來(lái)源于以下 2 個(gè)方面：煤燃燒生成的和 SO2 在催化劑的作用下氧化形成的，一般設(shè)計(jì)要求 SCR 中 S02/SO3轉(zhuǎn)化率小于 l％；硫酸氨鹽沉積在空預(yù)器換熱片上，引 起低溫結(jié)垢腐蝕，必要時(shí)電廠可在空預(yù)器低溫段采用搪瓷材料。而 ABS（硫酸氫氨 )會(huì)暫時(shí)降低催化劑活性，為了盡可能減少 ABS 的生成沉積，運(yùn)行煙溫應(yīng)高于 ABS 的露點(diǎn)溫度以上 27 20℃， ABS 露點(diǎn)溫度一般在 300～ 330℃范圍內(nèi)，這也是為什么要安裝省煤器煙氣旁路的重要原因。 SNCR 法脫硝技術(shù) 選擇性非催化還原（ SNCR）技術(shù)是一種成本較低的煙氣脫硝技術(shù)，在國(guó)內(nèi)有廣闊的發(fā)展前景。自從 1975 年美國(guó)的 Lyon 發(fā)明 SNCR 以來(lái)，國(guó)外對(duì)它的研究就從未中斷過(guò)并應(yīng)用在燃燒設(shè)備上。 SNCR 工藝原 理及其系統(tǒng) SNCR 法是在沒(méi)有催化劑的作用下，向 900～ 1100℃爐膛中噴入還原劑，還原劑迅速熱解成 NH3 與煙氣中的 NOx 反應(yīng)生成 N2。爐膛中會(huì)有一定量氧氣存在，噴入的還原劑選擇性的與 NOx 反應(yīng)，基本不與氧氣反應(yīng)。 SNCR 的還原劑一般為氨、氨水或尿素等。氨作為還原劑的 SNCR 稱為 De NOx 法，尿素為還原劑的稱為 NOx OUT 法[23]。 按噴入的還原劑的不同， SNCR 法脫硝技術(shù)可分為以下三種脫硝系統(tǒng) [24]： 28 噴射純氨的 SNCR 脫硝系統(tǒng) 純氨作為反應(yīng)劑的脫硝系統(tǒng) 通常為：用氨罐槽車(chē)將液氨運(yùn)送至工廠內(nèi)，通過(guò)一個(gè)可以遠(yuǎn)程操作的卸載管線卸氨，卸載的液氨送到液氨儲(chǔ)存罐。氨罐和氨蒸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路，通過(guò)加熱液氨使其蒸發(fā)后回到氨儲(chǔ)罐，維持儲(chǔ)罐上部氨蒸汽的量。氨蒸汽被從儲(chǔ)罐頂部抽出，經(jīng)過(guò)調(diào)壓后送往鍋爐脫硝。 推薦采用的混合比率是 10%左右，空氣和氨氣的混合在氨稀釋罐內(nèi)完成。 噴射尿素的 SNCR 脫硝系統(tǒng) 噴射尿素的 SNCR 脫硝系統(tǒng)主要包括尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)、尿素溶液存儲(chǔ)系統(tǒng)、溶液噴射系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。 SNCR脫硝系統(tǒng)組成如下 : （ 1）尿 素供應(yīng)站。尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液存儲(chǔ)系統(tǒng)集中布置，共同組成尿素供應(yīng)站（簡(jiǎn)稱尿素站）。尿素站的主要設(shè)備包括：一個(gè)干尿素儲(chǔ)倉(cāng)，一個(gè)計(jì)量倉(cāng)，一個(gè)螺旋輸送機(jī)，一個(gè)配液池，兩個(gè)尿素溶液儲(chǔ)罐，兩個(gè)尿素溶液輸送泵和兩個(gè)加壓泵。在尿素站內(nèi)，完成尿素存儲(chǔ)、尿素溶液配制的任務(wù)，泵送到爐前噴射系統(tǒng)。 （ 2）爐前噴射系統(tǒng)。爐前噴射系統(tǒng)由三層噴射層組成，每層由14 個(gè)噴射器組成。三層噴射層布置爐膛燃燒區(qū)域上部和爐膛出口處，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化引起的爐膛煙氣溫度變化，使尿素溶液在最佳反